Une étude récente publiée dans Nature Communications par des chercheurs du Politecnico di Milano, de l'Université de technologie Chalmers de Göteborg et de l'Université Sapienza de Rome, met en lumière l'un des nombreux mystères des supraconducteurs à base de cuivre à haute température critique. Même à des températures supérieures à la température critique, ils sont spéciaux et se comportent comme des métaux « étranges ». Cela signifie que leur résistance électrique change avec la température différemment de celle des métaux normaux.
La recherche fait allusion à l’existence d’un point critique quantique lié à la phase appelée « métal étrange ». Une avancée significative dans la recherche sur la supraconductivité, cette découverte pourrait ouvrir la voie à des technologies durables et contribuer à un avenir plus respectueux de l'environnement.
"Un point critique quantique identifie des conditions spécifiques dans lesquelles un matériau subit un changement soudain de ses propriétés dû uniquement à des effets quantiques. Tout comme la glace fond et devient liquide à 0°C en raison d'effets microscopiques de température, les cuprates se transforment en un métal "étrange" car des fluctuations de charge quantique", déclare Riccardo Arpaia, chercheur au Département de microtechnologie et de nanosciences de Chalmers et auteur principal de l'étude.
La recherche s'appuie sur des expériences de diffusion des rayons X menées au synchrotron européen ESRF et au synchrotron britannique DLS. Ils révèlent l’existence de fluctuations de densité de charge affectant la résistance électrique des cuprates de manière à les rendre « étranges ». La mesure systématique de la variation de l'énergie de ces fluctuations a permis d'identifier la valeur de la densité de porteurs de charge à laquelle cette énergie est minimale :le point critique quantique.
"C'est le résultat de plus de cinq années de travail. Nous avons utilisé une technique, appelée RIXS, largement développée par nos soins au Politecnico di Milano. Grâce à de nombreuses campagnes de mesures et à de nouvelles méthodes d'analyse des données, nous avons pu prouver l'existence du point critique quantique. Une meilleure compréhension des cuprates guidera la conception de matériaux encore meilleurs, avec des températures critiques plus élevées, et donc plus faciles à exploiter dans les technologies de demain", ajoute Giacomo Ghiringhelli, professeur au département de physique du Politecnico di Milano et coordinateur de la recherche.
Sergio Caprara, avec ses collègues du Département de physique de l'Université Sapienza de Rome, a proposé la théorie selon laquelle les fluctuations de charge jouent un rôle clé dans les cuprates. Il dit :"Cette découverte représente une avancée importante dans la compréhension non seulement des propriétés anormales de l'état métallique des cuprates, mais aussi des mécanismes encore obscurs qui sous-tendent la supraconductivité à haute température."
Plus d'informations : Riccardo Arpaia et al, Signature de la criticité quantique des cuprates par les fluctuations de densité de charge, Nature Communications (2023). DOI :10.1038/s41467-023-42961-5
Informations sur le journal : Communications naturelles
Fourni par l'Université Polytechnique de Milan
